CN108625861A - 一种矩形顶管用接收套筒装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形顶管用接收套筒装置及其施工方法，解决了现有技术中矩形顶管掘进出洞时洞门密封不严、施工困难、安全系数和工作效率低的问题。本发明包括洞门法兰和反力支撑架，所述接收套筒包括套筒前部组件、套筒后部组件和套筒端盖，套筒前部组件的一端与洞门法兰相连接、另一端与套筒后部组件密封连接，套筒端盖密封设置在套筒后部组件的后部；所述反力支撑架的一端与墙体相连接、另一端设有反力架，反力架的前端设有预紧力支撑机构，预紧力支撑机构与套筒端盖相对应。本发明采用该装置能有效避免顶管出洞时因水或砂土流失而导致的地层流失、地面塌方等事故，提高施工安全，降低矩形顶管施工风险。

Description

一种矩形顶管用接收套筒装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种矩形顶管用接收套筒装置及其施工方法。

背景技术

大断面矩形顶管机具有不开挖路面、不封闭交通、不搬迁管线、低噪声、环境友好等优势，能够有效提升城市交通隧道建设的机械化水平，为城市地下空间开发提供新的解决方案。

大断面矩形顶管机在施工过程中，由于接收井端头环境复杂，矩形顶管到达时，加固体不能把矩形顶管包含在内，破除洞门后，矩形顶管掘进出洞时洞门密封很难保证抵抗得住地下水压力，一旦地下水击穿洞门密封，密封失效，地下水将夹杂地层中的砂土漏出，导致地层流失，造成地面塌方等事故，矩形顶管不能顺利到达。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种矩形顶管用接收套筒装置及其施工方法，解决了现有技术中矩形顶管掘进出洞时洞门密封不严、施工困难、安全系数和工作效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种矩形顶管用接收套筒装置，包括洞门法兰和反力支撑架，洞门法兰与洞门中的预埋钢环相连接，洞门法兰上连接有接收套筒，所述接收套筒包括套筒前部组件、套筒后部组件和套筒端盖，套筒前部组件的一端与洞门法兰相连接、另一端与套筒后部组件密封连接，套筒端盖密封设置在套筒后部组件的后部；所述反力支撑架的一端与墙体相连接、另一端设有反力架，反力架的前端设有预紧力支撑机构，预紧力支撑机构与套筒端盖相对应。

所述预紧力支撑机构包括均匀设置在反力架上的若干个千斤顶和连接在套筒端盖上的若干个撑紧钢筒，撑紧钢筒的外端部设有倾斜设置的配合块，反力架上设有楔形块支撑座，楔形块支撑座与配合块一一对应，配合块与反力架之间设有楔形块。

所述反力支撑架包括呈环形设置的若干个支撑钢柱，支撑钢柱的一端通过连接法兰与预埋在墙体中的膨胀螺栓相连接，支撑钢柱的另一端与反力架相连接。

所述反力架包括六个分块，六个分块组成矩形框架。

所述洞门法兰的前端面与套筒前部组件通过螺栓连接，洞门法兰的前端面与套筒前部组件之间设有定位销轴和O型密封圈；所述洞门法兰包括上半法兰和下半法兰，上半法兰与下半法兰通过螺栓密封连接，上半法兰与下半法兰组成圆角矩形；上半法兰与下半法兰的外环面上均设有筋板。

所述套筒前部组件包括上环件和下环件，上环件和下环件通过螺栓密封连接，上环件和下环件组成圆角矩形，上环件上设有箱型结构加强板，下环件上设有T型钢结构加强板。

所述套筒后部组件包括上构件和下构件，上构件和下构件通过螺栓密封连接，上构件和下构件组成圆角矩形，上构件和下构件上均设有T型钢结构加强件；上构件和下构件连接处左右对称设有侧部斜撑。

所述上构件上设有进料连接口、若干个压力表组件和若干个进水口活接头，压力表组件和进水口活接头分别设置在进料连接口的两侧；下构件上设有至少一个出渣口接头和若干个进水口活接头。

所述套筒端盖包括上端盖和下端盖，上端盖和下端盖通过螺栓密封连接，上端盖和下端盖组成圆角矩形，上端盖和下端盖的前端面均设有密封板，上端盖和下端盖的后端面均设有拱形加强板。

一种矩形顶管用接收套筒装置的施工法，包括如下步骤：（1）接收套筒安装过程：

①吊入洞门法兰，并通过点焊固定在预埋钢环上，使洞门法兰的中心与事先确认好的洞门的中心线重合；

②保持洞门法兰接触面平整，在洞门法兰上涂抹端面密封胶并安装密封圈和定位销轴，安装套筒前部组件，采用螺栓固定，然后安装套筒后部组件；

③套筒前部组件和套筒后部组件安装完毕后，吊入套筒端盖，并涂抹端面密封胶和安装O型圈，采用螺栓将套筒端盖紧固在套筒后部组件上；

④依据现场定位，将反力架、反力支撑架、侧部斜撑安装到位，将预紧力支撑机构的顶紧钢筒焊接在套筒端盖上，将楔形块支撑座焊接于反力架相应的位置；

⑤在套筒端盖与反力架之间均匀布置千斤顶，采用千斤顶给洞门法兰施加预紧力，预压过程中应注意检查反力架是否松动，接收套筒连接用的螺栓是否松动，出现异常及时采取措施；在确保无松动的情况下，将洞门法兰与预埋钢环满焊；

⑥洞门法兰及其加强筋板焊接完毕后，用千斤顶对接收套筒及洞门法兰施加预紧力，在套筒端盖与反力架之间安装楔形块，形成洞门预紧力支撑；然后将千斤顶收回；

（2）矩形顶管出洞过程：

①对接收套筒进行保压实验：向接收套筒内输入0.3Mpa的高压空气，保压12小时，若12小时后接收套筒中的空气压力小于0.02Mpa，则满足要求，否则查找泄漏原因并修复；

②凿除洞门，并通过矩形顶管的出料装置将渣土清除，洞门凿除完成后，向接收套筒下方浇筑砂浆基座，用于支撑矩形顶管出洞后的自重；

③通过套筒后部组件上的进料接口向接收套筒内填入矩形顶管开挖出的渣土，并通过进水口活接头向接收套筒筒体内注水，使接收套筒内部压力等同于相同深度的水压；

④矩形顶管掘进，矩形顶管将要出洞时，应严格控制轴线偏差，确保矩形顶管机安全进入洞门圈；

⑤矩形顶管出洞后，加固洞门装置，并确保洞门无水流出，待矩形顶管完成进洞后，通过矩形顶管的出料装置和套筒后部组件的出渣口接头将渣土泥浆完全排出；

⑥待接收套筒筒体内泥浆彻底排出后，依次拆除接收套筒及其附属装置即可。

本发明是一种矩形顶管用接收套筒装置及其施工法，采用密闭接收方案；即在洞门外，采用特制接收套筒与洞门预埋钢环相连，在洞口小导管注浆加固；在隧道内进行管节壁后径向注浆，接收套筒安装完成后，在接收套筒内回填渣土等介质，接收套筒内预加一定压力，与土仓切口压力相同，然后矩形顶管直接掘进至接收套筒内，整个过程安全有效，提高了施工效率。本发明采用该装置能有效避免顶管出洞时因水或砂土流失而导致的地层流失、地面塌方等事故，提高施工安全，降低矩形顶管施工风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1中的A-A剖视图。

图3为图1中的B-B剖视图。

图4为图1中的C-C剖视图。

图5为图1中的D-D剖视图。

图6为图5的剖视图F-F剖视图。

图7为图1中Ⅰ处的局部放大图。

图8为图1中Ⅱ处的局部放大图。

图9为图1中Ⅲ处的局部放大图。

图10为T型钢结构加强件部分结构示意图。

图11为图1中 E-E剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-11所示，实施例1，一种矩形顶管用接收套筒装置，包括洞门法兰1和反力支撑架7，洞门法兰1与洞门中的预埋钢环10焊接，洞门法兰1上连接有接收套筒，接收套筒是组合密封套筒。所述接收套筒包括依次连接的套筒前部组件2、套筒后部组件3和套筒端盖4，套筒前部组件2的一端与洞门法兰1相连接、另一端与套筒后部组件3密封连接，套筒端盖4密封设置在套筒后部组件3的后部，组成有端盖的筒状。所述反力支撑架7的一端与墙体11固定连接、另一端设有反力架6，反力架为圆角矩形框架，且与套筒端盖相配合。反力架6的前端设有预紧力支撑机构5，预紧力支撑机构5与套筒端盖4相对应，均匀作用在套筒端盖上，进而对接收套筒进行预紧力的施加。

进一步，所述预紧力支撑机构5包括均匀设置在反力架6上的若干个千斤顶9和焊接在套筒端盖4上的若干个撑紧钢筒501，撑紧钢筒501的外端部设有倾斜设置的配合块502，反力架6上设有楔形块支撑座504，楔形块支撑座504与配合块502一一对应，即配合块的底部正好与楔形块支撑座的上表面相接触，起到支撑和定位的作用。配合块502与反力架6之间设有楔形块503，通过向配合块502与反力架6之间楔入楔形块，对套筒端盖进行预紧力的施加，起到压紧套筒前部组件2、套筒后部组件3和套筒端盖4的作用。所述反力支撑架7包括呈环形设置的若干个支撑钢柱701，支撑钢柱701的一端通过连接法兰702与预埋在墙体11中的膨胀螺栓703相连接，起到固定支撑钢柱的作用。支撑钢柱701的另一端与反力架6相连接。所述反力架6包括六个分块，六个分块组成矩形框架。所述反力架采用箱型结构，反力架受力处均布置双层筋板，为便于反力架的安装及运输，反力架采用螺栓连接的分块形式，六个、三种分块对称设置。

一种矩形顶管用接收套筒装置的施工法，包括如下步骤：（1）接收套筒安装过程：

①入洞门法兰，并通过点焊固定在预埋钢环上，使洞门法兰的中心与事先确认好的洞门的中心线重合，确保洞门法兰与预埋钢环的精确连接，防止出现安装不到位。

②保持洞门法兰接触面平整，在洞门法兰上涂抹端面密封胶并安装密封圈和定位销轴，安装套筒前部组件，采用螺栓固定，然后安装套筒后部组件；确保洞门法兰、套筒前部组件和套筒后部组件分别密封连接，接收套筒内壁与顶管机外壁单边预留10公分间隙；

③套筒前部组件和套筒后部组件安装完毕后，吊入套筒端盖，并涂抹端面密封胶和安装O型圈，采用螺栓将套筒端盖紧固在套筒后部组件上；

④依据现场定位，将反力架、反力支撑架、侧部斜撑安装到位，将预紧力支撑机构的顶紧钢筒焊接在套筒端盖上，将楔形块支撑座焊接于反力架相应的位置；

⑤在套筒端盖与反力架之间均匀布置千斤顶，采用千斤顶给洞门法兰施加预紧力，预压过程中应注意检查反力架是否松动，接收套筒连接用的螺栓是否松动，出现异常及时采取措施；在确保无松动的情况下，将洞门法兰与预埋钢环满焊；

⑥洞门法兰及其加强筋板焊接完毕后，用千斤顶对接收套筒及洞门法兰施加预紧力，在套筒端盖与反力架之间安装楔形块，形成洞门预紧力支撑，通过撑紧钢筒进行预紧力的施加，更加稳固；然后将千斤顶收回，千斤顶可以拆下，用于别处，提高利用率；

（2）矩形顶管出洞过程：

①接收套筒进行保压实验：向接收套筒内输入0.3Mpa的高压空气，保压12小时，若12小时后接收套筒中的空气压力小于0.02Mpa，则满足要求，否则查找泄漏原因并及时修复；

②凿除洞门，并通过矩形顶管的出料装置将渣土清除，洞门凿除完成后，向套筒下方浇筑砂浆基座，用于支撑矩形顶管出洞后的自重；

③通过套筒后部组件上的进料接口向套筒内填入矩形顶管开挖出的渣土，并通过进水口活接头向套筒筒体内注水，使套筒内部压力等同于相同深度的水压；

④矩形顶管掘进，矩形顶管将要出洞时，应严格控制轴线偏差，确保矩形顶管机安全进入洞门圈；

⑤矩形顶管出洞后，加固洞门装置，并确保洞门无水流出，待矩形顶管完成进洞后，通过矩形顶管的出料装置和套筒后部组件的出渣口接头将渣土泥浆完全排出；

⑥待套筒筒体内泥浆彻底排出后，依次拆除套筒及其附属装置即可。

实施例2，一种矩形顶管用接收套筒装置，所述洞门法兰1的前端面与套筒前部组件2通过螺栓连接，洞门法兰1的前端面与套筒前部组件2之间设有定位销轴105和O型密封圈106，确保其密封性；所述洞门法兰1包括上半法兰101和下半法兰102，上半法兰101与下半法兰102通过螺栓密封连接，上半法兰101与下半法兰102组成圆角矩形，与顶管机外形相配合；上半法兰101与下半法兰102的外环面上均设有筋板107，筋板107沿洞门环向内外侧焊接，增强洞门法兰刚度，定位销轴105位于筒体内侧，用于套筒前部组件2与洞门法兰1的螺栓安装定位（箱体外部由于腰梁高度限制，操作空间不足）， O型密封106用于环向密封，保持密闭筒体内压力。

进一步，所述套筒前部组件2包括上环件201和下环件202，上环件201和下环件202通过螺栓密封连接，上环件201和下环件202组成圆角矩形，与洞门法兰相配合，上环件201上设有箱型结构加强板203，下环件202上设有T型钢结构加强板204，套筒前部组件上环件采用箱型结构，环向加立筋，保持筒体强度的同时降低了箱体高度（接收井中部凸出腰梁的限制），为人员在套筒前部组件的顶部操作预留了空间。下环件向及轴向均采用T型钢板结构加强，即可节省材料，又方便轴向螺栓的紧固连接。

进一步，所述套筒后部组件3包括上构件305和下构件306，上构件305和下构件306通过螺栓密封连接，上构件305和下构件306组成圆角矩形，上构件305和下构件306上均设有T型钢结构加强件307；上构件305和下构件306连接处左右对称设有侧部斜撑8，用于矩形顶管出洞时筒体的稳固。所述上构件305上设有进料连接口301、若干个压力表组件303和若干个进水口活接头304，进料连接口301用于向筒体内填充土压平衡介质及方便人员进出，压力表组件303和进水口活接头304分别设置在进料连接口301的两侧；环向安装压力表组件303，用于监测筒体工作状态内部压力；下构件306上设有至少一个出渣口接头302和若干个进水口活接头304，出渣口接头302用于顶管接收完成后卸渣；进水口活接头304呈环形设置，用于改良接收筒体内介质。

进一步，所述套筒端盖4包括上端盖401和下端盖402，上端盖401和下端盖402通过螺栓密封连接，连接面设置O型密封条，横向模拟拱顶结构，增强整体刚度。上端盖401和下端盖402组成圆角矩形，上端盖401和下端盖402的前端面均设有密封板403，上端盖401和下端盖402的后端面均设有拱形加强板404，增强其强度。

其他结构与实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：包括洞门法兰（1）和反力支撑架（7），洞门法兰（1）与洞门中的预埋钢环（10）相连接，洞门法兰（1）上连接有接收套筒，所述接收套筒包括套筒前部组件（2）、套筒后部组件（3）和套筒端盖（4），套筒前部组件（2）的一端与洞门法兰（1）相连接、另一端与套筒后部组件（3）密封连接，套筒端盖（4）密封设置在套筒后部组件（3）的后部；所述反力支撑架（7）的一端与墙体（11）相连接、另一端设有反力架（6），反力架（6）的前端设有预紧力支撑机构（5），预紧力支撑机构（5）与套筒端盖（4）相对应。

2.根据权利要求1所述的矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：所述预紧力支撑机构（5）包括均匀设置在反力架（6）上的若干个千斤顶（9）和连接在套筒端盖（4）上的若干个撑紧钢筒（501），撑紧钢筒（501）的外端部设有倾斜设置的配合块（502），反力架（6）上设有楔形块支撑座（504），楔形块支撑座（504）与配合块（502）一一对应，配合块（502）与反力架（6）之间设有楔形块（503）。

3.根据权利要求1或2所述的矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：所述反力支撑架（7）包括呈环形设置的若干个支撑钢柱（701），支撑钢柱（701）的一端通过连接法兰（702）与预埋在墙体（11）中的膨胀螺栓（703）相连接，支撑钢柱（701）的另一端与反力架（6）相连接。

4.根据权利要求3所述的矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：所述反力架（6）包括六个分块，六个分块组成矩形框架。

5.根据权利要求1所述的矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：所述洞门法兰（1）的前端面与套筒前部组件（2）通过螺栓连接，洞门法兰（1）的前端面与套筒前部组件（2）之间设有定位销轴（105）和O型密封圈（106）；所述洞门法兰（1）包括上半法兰（101）和下半法兰（102），上半法兰（101）与下半法兰（102）通过螺栓密封连接，上半法兰（101）与下半法兰（102）组成圆角矩形；上半法兰（101）与下半法兰（102）的外环面上均设有筋板（107）。

6.根据权利要求1所述的矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：所述套筒前部组件（2）包括上环件（201）和下环件（202），上环件（201）和下环件（202）通过螺栓密封连接，上环件（201）和下环件（202）组成圆角矩形，上环件（201）上设有箱型结构加强板（203），下环件（202）上设有T型钢结构加强板（204）。

7.根据权利要求1所述的矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：所述套筒后部组件（3）包括上构件（305）和下构件（306），上构件（305）和下构件（306）通过螺栓密封连接，上构件（305）和下构件（306）组成圆角矩形，上构件（305）和下构件（306）上均设有T型钢结构加强件（307）；上构件（305）和下构件（306）连接处左右对称设有侧部斜撑（8）。

8.根据权利要求7所述的矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：所述上构件（305）上设有进料连接口（301）、若干个压力表组件（303）和若干个进水口活接头（304），压力表组件（303）和进水口活接头（304）分别设置在进料连接口（301）的两侧；下构件（306）上设有至少一个出渣口接头（302）和若干个进水口活接头（304）。

9.根据权利要求1所述的矩形顶管用接收套筒装置，其特征在于：所述套筒端盖（4）包括上端盖（401）和下端盖（402），上端盖（401）和下端盖（402）通过螺栓密封连接，上端盖（401）和下端盖（402）组成圆角矩形，上端盖（401）和下端盖（402）的前端面均设有密封板（403），上端盖（401）和下端盖（402）的后端面均设有拱形加强板（404）。

10.一种如权利要求1所述的矩形顶管用接收套筒装置的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）接收套筒安装过程：

①吊入洞门法兰，并通过点焊固定在预埋钢环上，使洞门法兰的中心与事先确认好的洞门的中心线重合；

②保持洞门法兰接触面平整，在洞门法兰上涂抹端面密封胶并安装密封圈和定位销轴，安装套筒前部组件，采用螺栓固定，然后安装套筒后部组件；

③套筒前部组件和套筒后部组件安装完毕后，吊入套筒端盖，并涂抹端面密封胶和安装O型圈，采用螺栓将套筒端盖紧固在接收套筒后部组件上；

④依据现场定位，将反力架、反力支撑架、侧部斜撑安装到位，将预紧力支撑机构的顶紧钢筒焊接在套筒端盖上，将楔形块支撑座焊接于反力架相应的位置；

⑤在套筒端盖与反力架之间均匀布置千斤顶，采用千斤顶给洞门法兰施加预紧力，预压过程中应注意检查反力架是否松动，接收套筒连接用的螺栓是否松动，出现异常及时采取措施；在确保无松动的情况下，将洞门法兰与预埋钢环满焊；

⑥洞门法兰及其加强筋板焊接完毕后，用千斤顶对接收套筒及洞门法兰施加预紧力，在套筒端盖与反力架之间安装楔形块，形成洞门预紧力支撑；然后将千斤顶收回；

（2）矩形顶管出洞过程：

①对接收套筒进行保压实验：向接收套筒内输入0.3Mpa的高压空气，保压12小时，若12小时后接收套筒中的空气压力小于0.02Mpa，则满足要求，否则查找泄漏原因并修复；

②凿除洞门，并通过矩形顶管的出料装置将渣土清除，洞门凿除完成后，向接收套筒下方浇筑砂浆基座，用于支撑矩形顶管出洞后的自重；

③通过套筒后部组件上的进料接口向接收套筒内填入矩形顶管开挖出的渣土，并通过进水口活接头向接收套筒筒体内注水，使接收套筒内部压力等同于相同深度的水压；

④矩形顶管掘进，矩形顶管将要出洞时，应严格控制轴线偏差，确保矩形顶管机安全进入洞门圈；

⑤矩形顶管出洞后，加固洞门装置，并确保洞门无水流出，待矩形顶管完成进洞后，通过矩形顶管的出料装置和套筒后部组件的出渣口接头将渣土泥浆完全排出；

⑥待接收套筒筒体内泥浆彻底排出后，依次拆除接收套筒及其附属装置即可。